近日，北京理工大学能源与环境政策研究中心余碧莹教授团队研究发现，若忽略关键金属约束，将显著高估中国乘用车电动化潜力，并低估交通低碳转型过程中的碳排放与系统成本。该研究从“金属-能源-碳”权衡视角出发，提出了关键金属约束下中国乘用车电动化的可行路径，为交通部门低碳转型与关键矿产安全协同治理提供了科学依据。相关成果“Reshaping vehicle electrification pathways under the metal-carbon trade-off”发表于 Nature Portfolio 旗下期刊 Communications Earth & Environment。

随着电动汽车规模快速扩大，锂、钴、镍等关键金属需求可能超出预期供给能力，叠加资源分布高度不均和资源国政策变化，或将引发金属短缺和价格上涨，进而制约乘用车低碳转型进程。针对该问题，本研究创建“金属-能-碳”协同优化模型（Collaborative Optimization Model for Carbon Emission Reduction and Metal Resource Security, COMERS）， 内生刻画乘用车用能与电力部门之间的交互过程，以及关键金属原材料流入-流出动态累积和供需平衡过程，引入车辆成本随金属价格和技术学习的动态变化，提出金属供给、产品回收以及电池技术发展等多重不确定性下的中国乘用车电动化可行路径。

图1 研究框架图

研究发现，与不考虑金属约束情景相比，考虑金属约束后乘用车部门碳达峰时间可能推迟3至6年，2060年电动汽车保有量最多降低42%，2025年至2060年乘用车部门累计二氧化碳排放和累计低碳转型成本可能分别增加高达61亿吨（57%）和16.9万亿元（6%）。锂、钴供给将在不同阶段成为制约电动化进程的重要因素，2035年前锂供需基本持平，此后钴产量见顶回落将成为主要限制；在低钴或无钴电池技术路线下，钴需求压力有所缓解，但锂仍可能成为长期瓶颈。

图 2不同情景下 EV 保有量、转型成本、累计CO2排放和碳达峰年份

图3 不同情景下关键金属的总供需情况

研究表明，资源回收和电池技术创新能够显著缓解金属约束。到2060年，电池完全回收情景可将电动汽车保有量提升至4.24亿辆；高镍低钴和无钴电池路线下，纯电动汽车保有量可进一步提升。然而，即使同时实现100%电池回收和100%无钴电池，2060年乘用车部门仍将残留约3000万吨碳排放，说明交通部门零碳转型仍需与零碳和负碳电力系统建设协同推进。因此，面向长期交通低碳转型，政策制定不仅需关注车辆渗透率和减排目标，还应将关键矿产安全、资源循环利用和低金属强度电池技术等方面纳入综合决策框架。

图4 不同情景下乘用车部门电气化路径

上述工作得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金基础科学中心、国家自然科学基金重大项目、碳中和系统工程北京实验室和北京市自然科学基金项目的支持。

论文详情：Ziming Hu, Biying Yu*, Zihao Zhao*, Lan-Cui Liu*, Yun Wu, Jiahao Fu, Xinzhu Wang, Shijin Zhou & Yi-Ming Wei*. Reshaping vehicle electrification pathways under the metal-carbon trade-off. Commun Earth Environ (2026).

原文下载地址: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03793-5